[发明专利]一种燃料电池用多金属催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种燃料电池用多金属催化剂及其制备方法，该催化剂包括活性组分和载体，其中活性组分由Pt与过渡金属、稀土金属按摩尔比1：(2‑8)：(2‑5)组成，所述的载体为导电碳、蛭石按质量比100:10‑20的混合物，所述的Pt在载体上负载量为10～20wt％。通过浸渍法将活性组分负载在载体上得到催化剂。与现有技术相比，本发明催化剂大大提高了燃料电池的催化活性和寿命，同时降低了成本。

技术领域

本发明涉及燃料电池，具体涉及燃料电池用多金属催化剂及其制备方法。

背景技术

燃料电池为可以直接将氧与包含在烃-基材料如甲醇、乙醇、天然气以及工业副产中的氢的电化学反应中产生的能量转化成电能的发电系统。

根据所使用的电解液的种类，燃料电池分为磷酸燃料电池(PAFC)，熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)，固体氧化物燃料电池(SOFC)，聚合物电解液膜燃料电池(PEMFC)，及碱性燃料电池(AFC)等。这些燃料电池具有基本相同的工作原理，但是在燃料的种类、工作温度、催化剂、电解液等方面彼此不同。

其中PEMFC具有更大的功率，可以在低的工作温度下运行，并具有快速启动和响应特性。PEMFC可以用于汽车、家庭和公共建筑、电子器件等。

在PEMFC的膜电极组件(MEA)中，聚合物电解液存在于阳极和阴极之间。在阳极发生由燃料产生氢离子和电子的氧化反应，所产生的氢离子经聚合物电解液膜迁移到阴极。在阴极发生由所迁移的氢离子和自外部供应的氧产生水的还原反应。

催化剂是该反应的的关键因素，目前在催化剂的选择方面，铂催化剂具有较高的催化活性，但是铂储量较少，价格昂贵，不利于产业化及商业化，因此，目前市场上用的最多的是钯催化剂，钯也属于稀有且昂贵的金属，为了降低成本提高催化剂活性，目前市场上推出了一些合金催化剂，主要包括Pt/Ru合金催化剂、Pt/Au合金催化剂、Pt/过渡金属合金催化剂等，以及将这些合金催化剂负载在C等载体上，提高其分散性，以便能维持或提高催化剂活性，同时降低催化剂价格。

如中国专利申请201710077495.1公开了一种钯合金催化剂及其制备方法与应用。本发明钯合金催化剂是由钯元素和贱金属元素形成的合金纳米颗粒，且所述合金纳米颗粒表面为多孔结构。该发明钯合金催化剂在钯金属中引入贱金属，降低了钯金属的含量，降低了钯合金催化剂的经济成本的同时，使得钯金属与贱金属发挥协同作用，并配合表面的多孔结构，赋予钯合金催化剂高的催化活性和稳定性。但是该催化剂寿命不长，综合成本还是难以降低。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种活性高、寿命长的燃料电池用多金属催化剂及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种燃料电池用多金属催化剂，其特征在于，该催化剂包括活性组分和载体，其中活性组分由Pt与过渡金属、稀土金属按摩尔比1：(2-8)：(2-5)组成，所述的载体为导电碳、蛭石按质量比100:10-20的混合物，所述的Pt在载体上负载量为10～20wt％。

所述的过渡金属包括Co、Ni、Cr、Ti、Cu、Fe中的一种或几种，优选Cu和Fe。

所述的稀土金属包括La、Ce、Pr、Nd中的一种或几种，优选Ce。

所述的砭石为膨胀砭石。

所述的导电碳为比表面积为3000～5000m²/g的导电碳。

上述膨胀砭石和导电碳组成的载体是通过以下方法制得：将导电碳与蛭石置于高温炉中，在惰性气体的保护下迅速升温至1000℃反应2-3天得到。